diy Herzfrequenzmessgerät gibt kein Signal

[Der Einsteiger]

Hallo,
ich möchte mir gerne ein Herzfrequenzmessgerät bauen. Es gibt ja im Netz (z.B. bei Hackaday) schon eine Hand voll fertige Projekte mit Schaltplan. Jedoch finde ich dort nie die genaue Typenbezeichnung des verwendeten Sensors. Meist steht in der Beschreibung nur, dass ein Fototransistor zum Einsatz kommt.

Deshalb habe ich jetzt einfach mal einen BP103B-2 nach dem Schaltplan aus dem Roboternetz-Wiki(http://rn-wissen.de/wiki/images/5/5a/Fototransistor-analog.GIF) auf ein Steckbrett gesetzt und versucht ein Signal auf meinem Oszilloskop zu erkennen. Als Widerstand benutze ich momentan 1k. Wenn ich nun eine Lichtquelle auf die andere Seite meines Fingers halte, sollte ich doch wohl wenigstens ein minimalen periodischen Herzschlag sehen können (mit viel Rauschen natürlich ;) ) ??
Doch kann ich leider, egal welche Lichtquelle ich nehme(z.B. rote LED, IR-LED, Taschenlampe), kein Signal erkennen.

Auch wenn ich das Signal mit den üblichen Schaltungen filtere, kann ich kein Signal erkennen...

Woran kann es liegen ? Hat jemand von euch schon solch einen Sensor gebaut ?
Ist vielleicht der Fototransistor für diese Aufgabe nicht geeignet ?

Ich hoffe ihr könnt mir helfen. Ich bin echt ratlos.

[PICture]

Hallo!


Hat jemand von euch schon solch einen Sensor gebaut ?

Ich habe mich vor zig Jahren damit beruflich beschäftigt. Für Intensivstationen wurden damals Herzschlagdetektoren mit an Ohrläpchen befestigten Lichtschranken verwendet. ;)

[BMS]

Hallo,
vermutlich ist die Empfindlichkeit des Sensors und des Oszilloskops einfach zu gering. Das Signal muss wohl verstärkt werden.
Wie hier z.B. http://www.swharden.com/wp/2013-04-14-simple-diy-ecg-pulse-oximeter-version-2/
Der Fachbegriff Pulsoximetrie ist übrigens bisher noch nicht gefallen ;)
Grüße, Bernhard

[Ceos]

wäre der trivialste Ansatz für eine Pulsmessung nicht der klassische Brustgurt? Also ein mechanischer Detektor der das zucken deines Brustkorb beim Herzschlag erfasst? Praktischerweise kann man die Atmung auch gleich mitmessen

[i_make_it]

Der Fachbegriff Pulsoximetrie ist übrigens bisher noch nicht gefallen ;)
Grüße, Bernhard

https://de.wikipedia.org/wiki/Pulsoxymetrie

Jetzt ist er gefallen. ;)

Ein Finger-Pulsoximeter ist was feines und viel leichter in der Anwendung als ein Brustgurt.
Da mein Schwiegervater mehrfach mit Herzstillstand (12 mal) umgefallen ist, bis man ihm endlich einen Schrittmacher mit Defibrilator genehmigt hat, habe ich mir selbst so ein Teil zugelegt. und bei den Letzten 3 Vorfällen waren die Notärzte schon erstaunt über die Ausrüstung.
und das ich ihnen bis zur Abfahrt des NRW die Ausdrucke der Aufzeichnung mitgeben konnte.
32112
Oben ist die LED die auf den Fingernagel scheint und unten der Sensor.
32113
Hier sieht man wie die LED von oben den Finger beleuchtet.
32114
Und das Display.
(Wegen starker Erkältung hat es gereicht das Gerät zu holen um einen Puls von 100 zu bekommen)

[i_make_it]

Wenn ich mir diese Bilder ansehe:

https://energymicroblog.files.wordpress.com/2012/11/figure-1.png

https://www.howequipmentworks.com/wp-content/uploads/2015/01/r_ir_finger.gif

sieht das So aus als ob da zwei Sensoren für zwei Wellenlängen drin sind.
Könnte sein das da ein Differenzsignal gewonnen wird, das einen höheren Signalhub und eine besseren Signal Rauschabstand hat.
Trotzdem ist es wohl nicht verkehrt sich mit Messverstärkern und Filtern zu befassen.

[Der Einsteiger]

Vielen Dank für die zahlreichen Antworten :)

zu PICture: Das könnte ich auch noch mal ausprobieren... Schließlich ist dort die Haut viel dünner und das Licht wird auch nicht durch einen Knochen blockiert. Jedoch möchte ich lieber die Fingervariante haben ;)

zu BMS: Warum sollte das Oszilloskop nicht in der Lage sein kleine Spannungsunterschiede zu detektieren ? Dazu eine Frage an Alle: In welchem Größenverhältnis müsste denn so die Spannungsänderung theoretisch liegen ?
Dann noch zur Pulsoximetrie: Dieser Begriff ist mir durch meine Suche im Netz schon aufgefallen, jedoch handelt es sich dort im Prinzip um eine komplexe Variante eines Herzschlagmesser der nicht nur eine Intensität, sonder gleich 2 verschiedene misst (rot und ir) und diese dann mithilfe einer Vergleichstabelle einer Sauerstoffsättigung zuordnen kann. Wenn so darüber nachdenke, könnte man dann möglicherweise das gleiche Frontend verwenden...

zu Ceos: Einen Brustgurt wollte ich eigentlich nicht verwenden ;) Aber könnte man nicht auch ein Mikrofon oder Piezo oder so an den Puls halten und dadurch den Herzschlag messen ? Oder sind das dann zu viele Störgeräusche ?

zu i_make_it:

Ein Finger-Pulsoximeter ist was feines und viel leichter in der Anwendung als ein Brustgurt.
Da mein Schwiegervater mehrfach mit Herzstillstand (12 mal) umgefallen ist, bis man ihm endlich einen Schrittmacher mit Defibrilator genehmigt hat, habe ich mir selbst so ein Teil zugelegt. und bei den Letzten 3 Vorfällen waren die Notärzte schon erstaunt über die Ausrüstung.
Das ist natürlich ganz schön schlimm. Da sollte man dann auch nicht auf Selbstgebautes vertrauen. Ich kam auf das Thema Herzfrequenzmesser, weil mich jetzt länger eine Herzmuskelentzündung begleitet hat und mich deshalb das Thema Herz mehr interessiert :)


Wenn ich mir diese Bilder ansehe:

https://energymicroblog.files.wordpr...1/figure-1.png

https://www.howequipmentworks.com/wp..._ir_finger.gif

sieht das So aus als ob da zwei Sensoren für zwei Wellenlängen drin sind.
Könnte sein das da ein Differenzsignal gewonnen wird, das einen höheren Signalhub und eine besseren Signal Rauschabstand hat.

siehe: zu BMS ;)


Ich habe nun noch mal ein bisschen Zeit gefunden, um ein bisschen mit Schaltungen zu experimentieren... Dabei herausgekommen ist irgendein periodisches Signal, welches in etwa mit meiner Herzfrequenz übereinstimmen könnte. Wenn man das dann noch um die X-Achse spiegelt(keine Ahnung, wie meine Schaltung eine Spiegelung bewirkt haben könnte...), hat das Signal echt Ähnlichkeit zu Herzfrequenzbildern von Google :)

Aber i_make_it hat Recht. Ich sollte mich ein bisschen mit Messverstärkern und Filtern befassen, da ich momentan nach Laune Sachen zusammenstecke wie ein Noob :D

Momentan habe ich die Schaltung folgendermaßen gemacht: Fototransistor mit Arbeitswiderstand > Hochpassfilter > OP-Verstärker > Tiefpassfilter > OP-Verstärker...
Dabei sind die Filter passive RC-Glieder 1.Ordnung...

Das ist das rohe Signal direkt nach dem Fotosensor abgegriffen (Warum ist da so viel Rauschen ?):
32117

Und hier momentan das beste Ergebnis nach besagter Schaltung:
32118

Kann das so passen ?

[PICture]

Kann das so passen ?

Wunderbar, fehlt evtl. nur noch ein Komparator (mit Histerese). ;)

[i_make_it]

Hm, die Kurve im letzten Bild sieht zwar ganz schön aus, aber stimmen die 3,91Hz?
>>>Die 66,7Hz vom ersten Bild passen besser zu einem Ruhepuls.<<< einfach vergessen, ist Blödsinn.
Ein 66,7er Ruhepuls wären ja 1,116Hz.
Die 3,91 sind trotzdem heftig, denn das entspricht ja einem Puls von 234,6

Ich vermute mal das Du bei der Reschersche schon da drüber gestolpert bist, aber falls nicht, das sind so ein paar Links die dazu zu finden sind.


http://www.nxp.com/files/32bit/doc/app_note/AN4327.pdf?tid=AMdlDR

Was für Dich interessant sein könnte, wäre die Photostrom nach Spannung Konvertierung.

http://www.ti.com/lit/an/slaa274b/slaa274b.pdf

http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00001525A.pdf

http://www.ti.com/lit/an/sprab37a/sprab37a.pdf

[Der Einsteiger]

Wunderbar, fehlt evtl. nur noch ein Komparator (mit Histerese).
Kannst du mir bitte sagen, wofür ich den genau brauche (Funktion in diesem Fall) ?


zu i_make_it:

Hm, die Kurve im letzten Bild sieht zwar ganz schön aus, aber stimmen die 3,91Hz?
>>>Die 66,7Hz vom ersten Bild passen besser zu einem Ruhepuls.<<< einfach vergessen, ist Blodsinn.
Ein 66,7er Ruhepuls wären ja 1,116Hz.
Die 3,91 sind trotzdem heftig, denn das entspricht ja einem Puls von 234,6
Das muss ich mal schnell richtig stellen. Die Frequenzanzeige vom Oszi ist meiner Meinung nach falsch. Keine Ahnung wie es auf den Wert kommt... :(
Auf dem unteren Bild steht jeder horizontale Kasten für 200ms. Damit wären es von Spitze zu Spitze etwa 850ms was ja die Periodendauer wäre. Die Frequenz ist also etwa 1,18Hz was also 70,6 Herzschläge pro Minute wären. Oder Habe ich irgendeinen Denkfehler ?

Dann noch Danke für die Links. Hab ich noch nicht gesehen. Ich habe mir erstmal Videos zum Thema Opamps und Filter für Einsteiger angeschaut :D

[RoboHolIC]

Die 3,91 sind trotzdem heftig, denn das entspricht ja einem Puls von 234,6

Ja, man sollte den Automatiken nicht zu sehr vertrauen. Das Gerät liest aus der zweiten Messung irgendwas aus dem Signal raus, jedenfalls nicht die offenkundige Periode.
Wer selber abliest, zählt viereinhalb mal 200ms je Signalperiode, das passt dann wieder ganz gut als Ruhepuls von grob etwa 60/min.

[PICture]

Kannst du mir bitte sagen, wofür ich den genau brauche (Funktion in diesem Fall) ?

Den brauchst du nicht unbedingt (deshalb evtl. = eventuell). Das wäre besser für weitere digitale Verarbeitung zb. per µC. Ohne kompletten Schaltplan deiner Schaltung kann ich nix mehr sagen. ;)

[i_make_it]

Ich kam auf das Thema Herzfrequenzmesser, weil mich jetzt länger eine Herzmuskelentzündung begleitet hat und mich deshalb das Thema Herz mehr interessiert :)


Eventuell wäre ein zweistufiges Vorgehen auch nicht verkehrt.
Erst ein ekg bauen
http://www.opppf.de/EKG/
und die Werte dann als Referenz nehmen beim Kalibrieren und Abgleich des Pulsmessers.
Bzw. für einige Messungen beide Datensätze nehmen und sehen ob wie unter verschiedenen Belastungszuständen die Kurven zusammengehören.
Und man so von der Pulskurve auf das Herz schließen kann.
Bei den Ausdrucken von meinen Schwiegervater war neben den Aussetzern des Herzens auch andere Störungen in der veränderten Kurvenform zu erkennen.
Zumindes konnte der Notarzt etwas damit anfangen.
Wobei das EKG natürlich päziser ist was den Herzmuskel angeht.
Pulsmesser ist ja so als ob man ein Manometer an eine Leitung anschließt und aus dem Zittern der Nadel auf das was grade in der Pumpe passiert schließt.

[Der Einsteiger]

Eventuell wäre ein zweistufiges Vorgehen auch nicht verkehrt.
Erst ein ekg bauen
http://www.opppf.de/EKG/
und die Werte dann als Referenz nehmen beim Kalibrieren und Abgleich des Pulsmessers.
Bzw. für einige Messungen beide Datensätze nehmen und sehen ob wie unter verschiedenen Belastungszuständen die Kurven zusammengehören.
Und man so von der Pulskurve auf das Herz schließen kann.
Bei den Ausdrucken von meinen Schwiegervater war neben den Aussetzern des Herzens auch andere Störungen in der veränderten Kurvenform zu erkennen.
Zumindes konnte der Notarzt etwas damit anfangen.
Wobei das EKG natürlich päziser ist was den Herzmuskel angeht.
Pulsmesser ist ja so als ob man ein Manometer an eine Leitung anschließt und aus dem Zittern der Nadel auf das was grade in der Pumpe passiert schließt.

Mir geht es bei diesem kleinen Projekt eher um das Basteln, als um den Nutzen. Denn wenn es einem nicht gut geht, sollte man im Zweifelsfall IMMER zum Arzt gehen.
Du hast natürlich Recht mit dem was du da sagst. Ein Herzfrequenzmesser ist natürlich nicht mit einem EKG zu vergleichen. Jedoch habe ich mir gedacht, dass der Bau eines Pulsmessers für einen Einsteiger einfacher sein sollte. Wenn das dann funktioniert kann man ja immer noch mal darüber nachdenken...


Ich habe jetzt noch mal ein paar Stunden rumprobiert und musste leider feststellen, dass ich einfach kein vernünftiges Signal bekomme. Leider ist das Messergebnis auch nie konstant(frustrierend): z.B. schalte ich die Schaltung an und bekomme ein recht passendes periodisches Signal heraus. Dann schalte ich aus und wieder an und das Signal ist weg (ohne das ich etwas geändert habe...). Das ist jetzt mal nur ein merkwürdiges Beispiel...


Deshalb habe ich noch mal ne Frage. Wie würdet ihr solch ein Signal Verstärken und Filtern? Sollte man das Signal, wenn es aus dem Sensor kommt, erst direkt einmal in einem OPAmp verstärken und dann Filtern (mit welchem Filter dann ? Erst Hochpass oder Tiefpass ?) oder anders herum? Oder vielleicht ganz anders?

Ich würde das nach meinem Erfahrungsstand(nicht vorhanden :D ) momentan so machen: Sensor > Opamp > Tiefpass > Opamp > Hochpass

Leider habe ich damit aber keinen Erfolg :(

[PICture]

Mir geht es bei diesem kleinen Projekt eher um das Basteln, als um den Nutzen.

Dann würde ich dir empfehlen mit etwas vieeel einfacheren anzufangen. ;)

[i_make_it]

Ein aktiver Tiefpass von 5Hz filtert schon mall alles "hochfrequente" raus.
5hz mal 60s = 300.
Ein Puls von 300 gilt wohl schon als Kammerflimmern, da die Herzkammern da bereits nicht mehr richtig gefüllt werden.
Eventuell braucht es auch einen Tiefpass 2. Ordnung.
Das gefilterte Siganal könnte man dann mit einem sehr rauscharmen Verstärker aufbereiten.